자분 탐상 검사(磁粉探傷檢査, Magnetic Particle Testing, MT)는 강자성체(ferromagnetic material)로 구성된 시험체를 자화(magnetization)한 후, 표면 또는 표면 직하에 존재하는 결함으로 인해 발생하는 누설 자속(leakage flux)을 이용하여 결함을 검출하는 비파괴 검사(Non-Destructive Testing, NDT) 방법이다.
원리
시험체를 자화시키면 자속이 재료 내부를 통과하게 된다. 이때 표면이나 표면 근처에 균열, 기공, 개재물 등 자속의 흐름을 방해하는 결함이 존재하면, 해당 부위에서 자속이 외부로 새어 나오는 누설 자속이 발생한다. 이 누설 자속은 결함의 양측에 N극과 S극의 자극을 형성하여 그 부위가 작은 자석과 같은 효과를 나타낸다. 이 상태에서 시험체 표면에 자분(磁粉, magnetic particles)을 뿌리면 자분이 누설 자속에 의해 결함 부위로 끌려가 응집되어 축적되며, 이를 육안으로 관찰하여 결함의 위치, 형상, 크기 등을 판별한다.
검사 방법의 분류
자화 시기에 따라 크게 연속법(連續法)과 잔류법(殘留法)으로 나뉜다.
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연속법(Continuous Method): 자화 전류를 통전하고 있는 동안에 시험면에 자분을 적용하는 방법이다. 결함 부위에 지속적으로 자분이 공급되어 명료한 자분 모양을 얻을 수 있어 감도가 높다. 형광 자분의 경우 최소 3초, 비형광 자분의 경우 최소 5초 이상 검사액이 시험면 위를 천천히 흐르도록 유지해야 한다. 통전을 정지한 후에는 검사액을 흘리지 않도록 주의해야 하는데, 이는 자화가 사라지면 결함에 대한 자분의 흡착력이 약해져 자분 모양이 지워질 수 있기 때문이다.
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잔류법(Residual Method): 직류를 사용하여 자화 전류의 통전을 정지한 후, 시험체에 남아 있는 잔류 자기를 이용하여 시험면에 자분을 적용하는 방법이다. 통전 시간은 일반적으로 1초 이하로 짧다. 자분 적용 시간은 연속법보다 약간 길게 하는 것이 좋다. 자화 전류 통전 후 자분 적용이 끝날 때까지 시험면에 강자성체를 접촉시키지 않도록 주의해야 하며, 접촉 시 자기 펜적(磁氣 pen跡)이라는 유사 모양(의사 모양)이 나타나 결함으로 오인될 수 있다.
자화 방법의 종류
한국산업표준 KS D 0213(철강 재료의 자분탐상시험방법 및 자분모양의 등급 분류)에 따라 자화 방법은 다음과 같이 분류된다.
- 극간법(極間法, Prod Method)
- 코일법(Coil Method)
- 축통전법(軸通電法, Axial Current Flow Method)
- 직각통전법(直角通電法)
- 자속관통법(磁束貫通法, Magnetic Flux Penetration Method)
- 중심도체법(中心導體法, Central Conductor Method)
시험체의 형상, 치수, 예측되는 결함의 방향 등을 고려하여 가장 적합한 자화 방법을 선택한다.
적용 분야
자분 탐상 검사는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등의 강자성체 재료에 적용 가능하며, 주로 다음과 같은 분야에서 사용된다.
- 용접부 검사
- 주조품 및 단조품의 표면 결함 검출
- 철강 구조물의 안전 점검 및 진단
- 자동차, 항공기, 선박, 철도 차량 등의 부품 검사
- 발전 설비 및 플랜트 설비의 정기 검사
장점과 한계
장점으로는 비교적 간단한 장비와 절차로 신속하게 검사가 가능하며, 표면 및 표면 직하의 미세한 결함까지 검출할 수 있는 높은 감도를 가진다. 또한 검사 결과를 육안으로 즉시 확인할 수 있다.
한계로는 강자성체 재료에만 적용 가능하며, 비자성체(오스테나이트계 스테인리스강, 알루미늄, 구리 등)에는 사용할 수 없다. 또한 검사 후 탈자(脫磁, demagnetization) 처리가 필요한 경우가 있으며, 결함의 깊이 방향 정보는 정확히 파악하기 어렵다.
관련 표준
- KS D 0213: 철강 재료의 자분탐상시험방법 및 자분모양의 등급 분류
- ASTM E1444: Standard Practice for Magnetic Particle Testing
- ISO 9934: Non-destructive testing — Magnetic particle testing
- ASME Section V: Nondestructive Examination
